SK500372018A3

SK500372018A3 - Anténová sústava aspoň s dvoma anténami, najmä na NFC prenos

Info

Publication number: SK500372018A3
Application number: SK50037-2018A
Authority: SK
Inventors: Emil Hubinák
Original assignee: Logomotion Sro
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2020-02-04
Also published as: EP3841678A1; WO2020026203A1

Abstract

Anténová sústava má jednu plochú špirálovú anténu (1) a aspoň jednu solenoidovú anténu (2) s magnetickým jadrom. Solenoidová anténa (2) je umiestnená proti plochej špirálovej anténe (1) tak, že pôdorys solenoidovej antény (2) sa aspoň čiastočne prekrýva s príslušným pásom (3) a príslušný pás (3) a pôdorys solenoidovej antény (2) sú symetricky centrované na dosiahnutie zhody ich osí bez podstatnej odchýlky. Solenoidová anténa (2) je umiestnená v rovine plochej špirálovej antény (1) alebo na plochej špirálovej anténe (1), alebo pod plochou špirálovou anténou (1). Anténová sústava môže zahŕňať dve solenoidové antény (2, 22), kde druhá solenoidová anténa (22) je umiestnená na druhom páse (3) a vzájomne tvoria topológiu s tvarom „M“ alebo „L“. Výstup z prijímacej plochej špirálovej antény (1) je pripojený k fázovému modulátoru vysielacej solenoidovej antény (2) a vysielanie solenoidovej antény (2) je synchronizované so signálom súčasne prijímaným na prijímacej plochej špirálovej anténe (1).

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka anténnej sústavy, ktorá má aspoň jednu vysielaciu solenoidovú anténu a jednu spolupracujúcu prijímaciu anténu so špirálovým návinom vodiča na ploche, pričom antény majú vzájomné priestorové usporiadanie a zapojenie, ktoré vytvára ich vzájomnú elektromagnetickú izoláciu. Anténna sústava umožňuje súčasné vysielanie a prijímanie a zaberá málo priestoru v dostupnej zástavbe, napríklad na PCB doske mobilného telefónu, v module SiP (Systém in Package), na pamäťovej SD karte a podobne.

Doterajší stav techniky

Pri komunikácii pomocou NFC platformy, najmä podľa ISO/IEC 14443 sa prednostne používajú ploché špirálové antény. Pri pasívnom móde inicializátor/vysielač (POD) poskytuje nosné pole a energiu pie zariadenie transpondéra/prijímača (PICC, napríklad platobná karta), ktoiý odpovedá pomocou modulovaného nosného poľa (load modulation). Anténa prijímača musí byť dostatočne veľká, aby pokryla energetické nároky prijímača, ktorý pri tomto móde nemá vlastný zdroj energie.

V pseudo-pasívnom móde transpondér aktívne vysiela nosnú frekvenciu, ktorá je fázovo modulovaná tak, aby táto frekvencia v súčte s nosnou frekvenciou od inicializátora vytvárala amplitúdovú moduláciu. Je potrebné, aby nosná frekvencia vysielaná transpondérombola presne vo fáze alebo v protifáze s nosnou od inicializátora.

Zverejnenie US 2001/0026244 A1 používa plochú špirálovú anténu, vo vnútri ktorej je umiestnená solenoidová anténa. Solenoidová anténa má dve oddelené vinutia, jedno vinutie je prepojené s výstupmi plochej špirálovej antény. Toto riešenie však nevytvára izoláciu medzi vysielacou a prijímacou anténou, naopak sú antény elektromagneticky prepojené. Toto riešenie nie je použiteľné pri miniaturizácii, kedy sa snažíme obe antény umiestniť na malý dostupný priestor, napríklad na vyberateľnú pamäťovú kartu.

Efektívne využitie malého dostupného priestoru s jednou plochou špirálovou anténou a jednou solenoidovou anténou opisuje spis CN103633421, kde sa pôdorysy solenoidovej antény a plochej špirálovej antény prekrývajú. Solenoidová anténa má veľmi ploché jadro, čo zhoršuje jeho vysielacie vlastnosti. Zároveň pri tomto usporiadaní nie je medzi anténami dostatočná elektromagnetická izolácia.

Problém s izoláciou rieši zverejnenie W02017109681 Al, kde je opísaná solenoidová anténa s feritovým jadrom a plochá špirálová anténa, ktoré sú umiestnené v rovnakej rovine, pričom sú od seba pôdorysne vzdialené a magnetický stred plochej špirálovej antény leží v priečnej osovej rovine solenoidovej antény. Toto riešenie dosahuje dobrú vzájomnú izoláciu antén, avšak vyžaduje si relatívne väčší priestor na umiestnenie.

Je žiadané a nie je známe riešenie, ktoré oproti stavu techniky dosiahne dostatočne vysokú izoláciu antén v sústave plochej špirálovej antény s aspoň jednou solenoidovou anténou, pričomsa na malej dostupnej ploche získa dostatočný vysielacia prijímací výkon anténnej sústavy, ato pri súčasnomvysielaní a prijímaní.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos, ktorá zahrňuje jednu plochú špirálovú anténu a aspoň jednu solenoidovú anténu s magnetickým jadrom, kde antény sú umiestnené v rovnakej základnej rovine, alebo vo vzájomne rovnobežných základných rovinách, kde plochá špirálová anténa má vodič špirálovo navinutý na ploche tak, že návin vodiča je ohraničený štyrmi nadväzujúcimi pásmi, ktoré tvoria štvoruholníkový tvar slučky, a kde výstup plochej špirálovej antény je určený na pripojenie k prijímaciemu obvodu a výstup solenoidovej antény je určený na pripojenie k vysielaciemu obvodu podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že solenoidová anténa je umiestnená voči plochej anténe tak, že pozdĺžna os solenoidovej antény je rovnobežná s jedným z pásov plochej špirálovej antény a pôdorys solenoidovej antény sa aspoň čiastočne prekrýva s príslušným pásomplochej špirálovej antény. Základnou črtou je umiestnenie a orientácia solenoidovej antény voči jednému pásu plochej špirálovej antény tak, aby sa tieto v pôdoryse prekrývali a zároveň aby príslušný pás a pôdorys solenoidovej antény boli symetricky centrované. Centrovanie, teda zhoda priečnych a pozdĺžnych osí solenoidovej antény a príslušného pásu plochej špirálovej antény v pôdorysnom pohľade sa môže odchyľovať o menej ako 10 % príslušného rozmeru, teda dĺžky alebo šírky príslušného pásu.

Pôdorys v tomto spise označuje rovinu zhodnú alebo rovnobežnú s plochou, na ktorej je umiestnená plochá špirálová anténa. Solenoidová anténa môže byť umiestnená v rovine plochej špirálovej antény, v reálnom vyhotovení bude solenoidová anténa umiestnená na plochej špirálovej anténe alebo pod plochou špirálovou anténou.

S K 50037-2018 Α3

Dĺžka solenoidovej antény nemá prekračovať dĺžku príslušného pásu alebo nemá prekračovať jeho dĺžku o viac ako 10 %. Šírka solenoidovej antény nemá prekračovať šírku príslušného pásu alebo nemá prekračovať jeho šírku o viac ako 100 %.

Pri tomto usporiadaní sa dosiahne, že antény generujú vzájomne ortogonálne magnetické polia a medzi solenoidovou anténou a plochou špirálovou anténu vznikne čiastočná transformátorová väzba, kde vzájomná indukčná väzba medzi vinutiami je v rozmedzí 0,2 až 0,6.

Počas vysielania sa generuje magnetické pole solenoidovou anténou a to prevažne v horizontálnej rovine a hlavne na koncoch solenoidu, vďaka transformátorovej väzbe sa časť poľa prenáša prostredníctvomplochej špirálovej antény do vertikálnej roviny a anténna sústava vykazuje známky všesmerovosti, kedy vysiela v oboch na seba koIných rovinách. Vzhľadom na princíp reciprocity aj príjem vykazuje známky všesmerovnosti a to tak, že ak prijímané pole bude prevažne v horizontálnej rovine, tak toto pole bude prevažne prijímané solenoidovou anténou a pomocou transformátorovej väzby prenesené do prijímacej plochej špirálovej antény a v prípade vertikálneho poľa, bude priamo prijímané prijímacou plochou špirálovou anténou. Takto usporiadané antény vykazujú vyššiu účinnosť (sensitivitu) ako len samostatné vertikálne ploché špirálové antény alebo ako horizontálne solenoidovéantény.

Cieľom pôdorysného centrovania je vytvoriť magnetickú symetriu medzi solenoidovou anténou a príslušným pásom plochej špirálovej antény alebo aj medzi solenoidovou anténou a plochou špirálovou anténou ako celkom Odchýlkami od presného rozmerového centrovania sa dá docieliť zhoda magnetických stredov, na ktoré má vplyv aj okolité prostredie. Výhodou predloženého vynálezu je možnosť umiestniť ďalšie súčiastky do vnútra plochy medzi pásmi plochej špirálovej antény. Tieto súčiastky alebo aj okolité prostredie môžu ovplyvňovať magnetické osi anténnej sústavy, a potomje vhodné posunúť geometrické osi solenoidovej antény voči osiam pásu plochej špirálovej antény. Posunutie nebude presahovať 10 % príslušného rozmeru a dá sa rýchlo určiť experimentálnym postupom

Umiestnením solenoidovej antény do pôdorysu plochej špirálovej antény sa dosiahne výhodné využitie dostupného priestoru a lokalizácia solenoidovej antény do stredu pásu plochej špirálovej antény vedie k vytvoreniu dostatočnej izolácie, aj keď antény sú v úplne vzájomnej blízkosti. Centrické usporiadanie vedie ku kompenzácii indukovaného elektromagnetického poľav dvoch smeroch.

Pojem solenoidová anténa označuje valcovú cievku s viaceíými návinmi vodiča, kde dĺžka cievky je zvyčajne väčšia ako jej priemer, napríklad dĺžka cievky je väčšia ako päťnásobok jej priemeru. Môže byť tiež pomenovaná ako anténa s jadrom, cievková anténa a podobne.

Obe antény sú výhodne umiestnené na spoločnom substráte, teda na zhodnej ploche, napríklad na jednej ploche PCB dosky. Je však možné tiež vyhotovenie, kde antény sú na rozdielnych plochách, prípadne na samostatných nosičoch, dôležité je však, aby pozdĺžna os solenoidovej antény bola v pôdoiy snom priemete zhodná s pozdĺžnou osou príslušného pásu plochej špirálovej antény a aby priečna os solenoidovej antény bola v pôdoiy snom priemete zhodná s priečnou osou príslušného pásu plochej špirálovej antény alebo aby sa tieto osi podstatne neodchyľovali.

Príslušným pásom sa má prítomna mysli jeden pás zo štyroch pásov, nad ktoiýmje solenoidová anténa umiestnená.

Anténna sústava podľa tohto vynálezu má vzájomne symetrické a ortogonálne usporiadanie dvoch antén. V prípade, že sú antény umiestnené na odlišných, od seba vzdialených plochách, môže vzdialenosť ich rovín dosahovať rozmer až 50 % dĺžky príslušného pásu. V praxi bude táto vzdialenosť ohraničená najmä hrúbkou príslušného nosiča, napríklad hrúbkou súčiastky alebo hrúbkou zariadenia.

Vo výhodnom usporiadaní zahrňuje anténna sústava dve solenoidové antény s magnetický m jadro m, ktoré obe sú umiestnené v rovnakej základnej rovine, v akej je plochá špirálová anténa, alebo vo vzájomne rovnobežných základných rovinách. Pre obe solenoidové antény platí, že solenoidová anténa je umiestnená na plochej anténe tak, že pozdĺžna os solenoidovej antény je rovnobežná s jedným z pásov plochej špirálovej antény a pôdorys solenoidovej antény sa aspoň čiastočne prekrýva s príslušnýmpásomplochej špirálovej antény.

Dmhá solenoidová anténa môže byť umiestnená na páse, ktorý je protiľahlý k pásu s prvou solenoidovou anténou, vtedy je vytvorená topológia (architektúra) s tvarom „II“, kde solenoidové antény sú vzájomne rovnobežné. V inom usporiadaní je druhá solenoidová anténa umiestnená na páse, ktoiý je kolmý k pásu s prvou solenoidovou anténou, vtedy je vytvorená topológia s tvarom „L“, kde solenoidové antény sú vzájomne kolmé. Použitím dvoch alebo viacerých solenoidových antén sa môže zvyšovať vysielací výkon. Dve alebo viaceré solenodiové antény môžu byť zapojené na jeden vysielací obvod, antény môžu byť zapojene paralelne alebo aj sériovo. Pri použití viacerých solenoidových antén je výhodné, ak tieto sú zhodné alebo sú ich dĺžky v pomere dĺžok príslušnýchpásov.

Magnetický stred plochej špirálovej antény leží v priečnej osovej rovine príslušnej solenoidovej antény alebo sa tieto stredy líšia len o hodnotu tolerovanej výrobnej nepresnosti. Magnetický stred plochej špirálovej antény leží v priečnej osovej rovine solenoidovej antény, ktorá prechádza cez jej magnetický stred alebo je magnetický stred plochej špirálovej antény od priečnej osovej roviny solenoidovej antény vzdialený najviac

S K 50037-2018 Α3 do desatiny príslušného rozmeru solenoidovej antény. Magnetický stred antény, ktorá má vhodnú, rovnomernú a symetrickú konštrukciu, bude zvyčajne zhodný s geometrickým stredom antény. Magnetický stred sa môže vychyľovať vplyvom okohtých objektov, najmä vplyvom kovových súčiastok v bezprostrednej blízkosti.

Rozmerová a priestorová konfigurácia podľa tohto vynálezu zabezpečuje selektívnu necitlivosť prijímacej antény, ktorá je schopná prijímať vonkajší signál z cudzieho zdroja (POD) popri aktívnom vysielaní z blízkej antény v rámci spoločnej anténnej sústavy. Nie je potrebné komplikovane spracovávať, filtrovať prijímaný signál. Výnález umožňuje efektívne riadiť synchronizáciu pri pseudo-pasívnommóde komunikácie.

Vo výhodnom usporiadaní pásy plochej špirálovej antény vytvárajú obdĺžnik, ktorého väčší rozmer nepresahuje dvojnásobok menšieho rozmeru. Na umiestenie solenoidovej antény sa pritom výhodne využijú dva dlhšie pásy.

Je dôležité, aby solenoidová anténa a príslušný pás plochej špirálovej antény mali magneticky symetrické usporiadanie. Vďaka tomu sa dosiahne stav, kedy napätie na plochej špirálovej anténe indukované z aktivity solenoidovej antény je nízke alebo nulové. Polia na koncoch solenoidovej antény podľa obrázku 6 sú rovnaké, ale vo vzájomnej protifáze. Ak je pás plochej špirálovej antény umiestnený symetricky k solenoidovej anténe, tak magnetické pole v ľavej polovici plochej špirálovej antény je presne opačné ako v jej pravej polovici a teda výsledný integrál cez celú plochu špirálovej antény je nula, a teda aj celkové indukované napätie od solenoidovej antény je tiež nulové. To platí aj pre prípadné ďalšie solenoidové antény.

Magnetické pole generované solenoidovou anténou má na koncoch jadra vždy opačnú polaritu - siločiary z jedného konca vytekajú a do druhého konca vtekajú. Jednotlivé vektory magnetického poľa sú na obrázku 6 označené ako Ή a ²H. Tieto vektory premietnuté na samotné vodiče plochej špirálovej antény sú označené ako 'H.aHb resp. ²Ha a ²Ht>. Každý z týchto vektorov obsahuje x-ovu a y-ovu zložku H_ax a Hay.

Z obrázku 6 vyplýva, že ak vodiče sú umiestené symetricky voči horizontálnej osi solenoidovej antény, tak Hax je rovnaké ako Hbx a tieto zložky sa na vodičoch vykompenzujú. Ak vodič plochej špirálovej antény o dĺžke L je umiestený symetricky voči vertikálnej osi solenoidovej antény, tak ak Ή.χ sa vykompenzuje s ²Hax. V konečnom výsledku je potom indukované napätie na vodičio dĺžke L umiestenom symetricky voči vertikálnej a horizontálnej rovine nulové, a teda rušenie zo solenoidovej antény je zanedbateľné.

Vychy ľovaním geometrických osí solenoidovej antény od osí príslušného pásu plochej špirálovej antény sa môže upraviť presné naladenie anténnej sústavy tak, že zohľadňuje vplyvy výrobných nepresností ako aj vplyvy súčiastok a tienenia v blízkosti anténnej sústavy. Výchyľovanie geometrických osí a vplyv vychyľovania je znázornené na obrázkoch 6 a 7.

Aj keď je solenoidová anténa umiestnená v tesnej blízkosti plochej špirálovej antény, zvýši sa elektromagnetická izolácia medzi oboma anténami, zvyčajne aspoň o 6 dB ako je pomer amplitúd signálu vysielaného transpondérom a prijímaného signálu od inicializátora. V praxi to prináša izoláciu medzi vysielacou a prijímacou anténou transpondéra aspoň na úrovni 25 dB v pásme 13,56-14,40MHz.

Maximálna citlivosť plošnej špirálovej antény L1 na okohté elektromagnetické polia je v smere osi z, teda v smere kolmom na jej plochu. Minimálna citlivosť je v smere osí y y. Maximálna úroveň magnetického poľa generovaného solenoidovou anténou 12 je v smere osi x a minimálna v smere osi z.

Usporiadaním podľa predloženého vynálezu sa dosahuje dostatočne vysoká izolácia medzi anténami, aj keď sú fyzicky umiestnené v tesnej blízkosti, vďaka čomu sa dobre využije dostupný zástavbový priestor, resp. sa celý dostupný priestor môže využiť na vytvorenie plochej špirálovej antény. Konfigurácia podľa tohto vynálezu zabezpečuje výbornú necitlivosť plochej špirálovej antény na vysielanie solenoidovej antény, signál na plochej špirálovej anténe nie je nutné komplikovane filtrovať od vysielacieho signálu zo solenoidovej antény. Počas vysielania zo solenoidovej antény je možné prijímať nosný signál z inicializátora (PCD) a podľa jeho frekvencie a fázy sa môže priebežne synchronizovať vysielaný signál.

Pri anténnej sústave podľa tohto vynálezu je prijímaný signál od inicializátora rušený vysielaním transpondéra vďaka izolácií len nepatrne a žiadne špeciálne synchronizačné obvody nie sú potrebné. Takto prijímaný signál transpondérom je opätovne vysielaný späť ako modulačná nosná vlna pre moduláciu dát, čímje zaručené, že oba signály sú presné vo frekvencii a modulácia dát sa uskutočňuje len zmenou fáze (0°/180°). K tomu slúži prepojenie impedančných obvodov oboch antén, kde výstup z prijímacej antény s informáciou o fáze je pripojený k fázovému modulátoru vysielacej antény. Informácia o fáze prijímaného signálu slúži na synchronizáciu vysielaného modulovaného signálu zo solenoidovej antény.

Počet závitov solenoidovej antény L2 závisí od permeabihty jadra, ale obvykle by výsledná hodnota indukcie L2, resp. L22 pre NFC aplikácie mala byť v rozsahu 0,7 - 2,5 pH a kvalita Q = 18 - 22. Prijímacia plochá špirálová anténaLl môže mať 2 až 10 závitov, výhodne 6 až 8 závitov a postačuje kvalita Q = 4 - 6.

Výhodou vynálezu je predovšetkým jednoduché usporiadanie anténnej sústavy a jednoduché zapojenie príslušných obvodov, pričom sa vďaka fyzikálnym väzbám medzi vysielacou a prijímacou anténou dosahuje vysokáúčinnosťfázovej a frekvenčnej synchronizácie.

S K 50037-2018 Α3

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený pomocou obrázkov 1 až 12. Konkrétne zobrazené solenoidové antény, počet návinov a slučiek, tvar plochej špirálovej antény, priebeh magnetických siločiar a príklady vzájomných rozmerov majú len ilustračný charakter a nie je ich možné považovať za zužujúce rozsah ochrany.

Obrázok 1 znázorňuje umiestnenie solenoidovej antény na jeden pás plochej špirálovej antény, šípka označuje kam bude solenoidová anténa položená. Na obrázku 2 je anténna sústava s jednou solenoidovou anténou v pôdorysnom pohľade. Obrázok 3 je bočný pohľad na anténnu sústavu s jednou solenoidovou anténou.

Na obrázku 4 je usporiadanie anténnej sústavy s dvoma solenoidovými anténami pri ich rovnobežnom usporiadaní do tvaru „Π“.

Na obrázku 5 je usporiadanie anténnej sústavy s dvoma solenoidovými anténami pri ich vzájomne kolmom do tvaru „L“.

Obrázok 6 vyobrazuje priebeh magnetického poľa v okolí solenoidovej antény, kde sú vyznačené vektory magnetického poľa.

Na obrázku 7 a 8 je zobrazený vplyv vychyľovania osí solenoidovej antény od osí plochej špirálovej antény. Na obrázku 7 sú znázornené možnosti a) až f) vychýlenia polohy v rôznych smeroch v rovine plochej špirálovej antény. Výchylky nie súznázomené v mierke, aby sa dosiahla väčšia čitateľnosť obrázkov.

Obrázok 8 predstavuje graf s intenzitou indukovaného napätia v plochej špirálovej anténe v závislosti na jej polohe oproti solenoidovej anténe podľa obrázku 7.

Na obrázkoch 9 a 10 sú axo no metrické pohľady na modul SiP s dvoma solenoidovými anténami s topológiou „Π“. Plochá špirálová anténa je umiestnená na spodnej strane PCB, medzi solenoidovými anténami sú na PCB umiestnené ďalšie elektronické prvky modulu SiP.

Na obrázku 11 je zapuzdrený modul SiP zobrazený v priestorovom pohľade a na obrázku 12 je tento modul umiestnený v príklade na normalizovanej plastovej karte.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

V tomto príklade podľa obrázkov 1, 2, 3, 6 až 8 má anténna sústava jednu solenoidovú anténu 2L2 s feritovým jadrom a plochú špirálovú anténu 1 Ll. Solenoidová anténa 2 má dĺžku cca 18 mm. Obe antény 1, 2 sú umiestnené na zhodnej ploche spoločného nosiča. Plochá špirálová anténa 1 má pôdorysný tvar obdĺžnika, jeho vonkajšia dĺžka je 20 mm a vonkajšia šírka je 15 mm.

Plochá špirálová anténa 1 v tomto konkrétnom príklade má 6 návinov vodiča, ktoré sú uložené vedľa seba v pásoch 3 podľa obrázkov 1 a 2. Štyri pásy 3 vytvárajú obvod obdĺžnika, vo vnútri obdĺžnika je voľný priestor na umiestnenie iných súčiastok.

Solenoidová anténa 2 je umiestnená tak, že je položená na páse 3, ktorý tvorí dlhšiu stranu obdĺžnika plochej špirálovej antény 1.

Pozdĺžna os 4 solenoidovej antény 2 je v pôdorysnom priemete zhodná s pozdĺžnou osou pásu 3, pôdorysný priemet pozdĺžnej osi 4 prechádza stredom pásu 3. Zároveň priečna os 5 solenoidovej antény 2 je v pôdorysnom priemete zhodná s priečnou osou pásu 3, pôdorysný priemet priečnej o si 5 prechádza stredompásu

3. Toto vzájomné geometrické usporiadanie predstavuje presné vy centrovanie osí bez odchýlok, čo predpokladá zhodu geometrických a magnetických stredov antén 1, 2.

Magnetický stred plochej špirálovej antény 1 sa nachádza v stredovej rovine, cez ktorú prechádza priečna os 5 a magnetický stred solenoidovej antény 2 sú teda umiestnené vo vzájomne symetrickej magnetickej polohe, pričom pôdorys solenoidovej antény 2 sa prekrýva spásom3.

Každá anténa 1, 2 má vlastný impedančný obvod a impedančné prispôsobenie. Impedačné prispôsobenie plochej špirálovej antény 1 je prepojené s nízkošumovým zosilňovačom, jeho výstup vchádza do fázového modulátora, do ktorého prichádzajú dáta určené na prenos vysielacou solenoidovou anténou 2. Fázový modulátor je prepojený s vysielacím prvkom, impedančným prispôsobením a solenoidovou anténou 2.

Výsledná hodnota indukcie solenoidovej antény 2 v tomto príklade je v rozmedzí 0,7 - 2,5 pH a jej kvalita Q = 20. Prijímacia plochá špirálová anténa 1 má 6 závitov a kvalitu Q = 5.

Anténna sústava potláča rušenie bez nutnosti aktívneho potlačenia pomocou aktívnych obvodov. Tým sa odstraňuje problém pri miniatúmych NFC anténach, ktoré si vyžadujú aktívnu moduláciu (Active Load modulation), kedy sa aktívny signál z pohľadu prijímača prejavuje ako rušenie, v dôsledku čoho sa zhoršuje kvalita príjmu.

Anténna sústava je vhodná na použitie v mobilnom telefóne, SiP moduloch rôznych zariadení, v SD kartách a to aj pre read/write mód aj pre Card Emulation mód.

S K 50037-2018 Α3

Príklad 2

V tomto príklade má anténna sústava z predchádzajúceho príkladu vychýlenú polohu solenoidovej antény 2 voči stredu pásu 3. Vychýlenia polohy solenoidovej antény 2 od centrálnej polohy voči pásu 3 sú znázornené na obrázku 7 v polohách a) až f), kde x a y vyjadrujú rozmerovú odchýlku v mm.

a) poloha x = 0, y = 0

b) poloha x = 0, y = -0,5

c) poloha x = 0, y = 0,5

d) poloha x = 0, y = 0

e) poloha x = -0,5, y = 0

f) poloha x = 0,5, y = 0

Biele línie vo vnútri grafu, ktoré tvoria kríž na obrázku 8, označujú centrálne symetrickú polohu solenoidovej antény 2, kedy jeden závit plochej špirálovej antény 1 prebieha piesne pod pozdĺžnou osou 4 solenoidovej antény 2 ako je vyobrazené na obrázku 7 d). Posúvaním solenoidovej antény 2 v osi x sa indukované napätie zvyšuje, podobne ako keď sa celá plochá špirálová anténa 1 posúva oproti solenoidovej anténe 2 v smerey. Čím je bod na grafe na obrázku 8 tmavší, týmje menšie indukované napätie a teda vyššia izolácia.

Príklad 3

V tomto príklade podľa obrázkov 4 a 6 má anténna sústava dve solenoidové antény 2,22 s rovnakou konštrukciou a tieto sú paralelne prepojené. Obe majú feritové jadro alebo môžu mať železité jadro (Carbonil Iron). Indukčnosti solenoidových antén 2, 22 sú rovnaké a to v rozmedzí 0,7 - 2,5 pH. Vzájomná vzdialenosť rovnobežne vedených solenoidových antén 2,22 zodpovedá vzdialeností stredov dvoch protiľahlých pásov 3, pričom vzájomná indukčná väzba solenoidových antén 2, 22 je menšia ako k = 0,1. Vtomto príklade vzdialenosť solenoidových antén 2, 22 sa rovná približne polovičke ich dĺžky t. j. cca 6 mm.

Solenoidové antény 2, 22 sú položené na protiľahlých pásoch 3, ktoré tvoria dlhšie strany plochej špirálovej antény 1. Stredy solenoidových antén 2,22 sa v pôdoiysnompriemete zhodujú so stredmi príslušných pásov 3, nad ktorými sú umiestnené.

Príklad 4

V tomto príklade podľa obrázkov 5 a 6 má anténna sústava dve solenoidové antény 2,22 s rovnakou konštrukciou a tieto sú paralelne prepojené. Obe majú jadro z magnetického materiálu a majú rovnaké indukčnosti. Solenoidové antény 2, 22 v tomto príklade sú položené na susedných, navzájom kolmých pásoch 3, ktoré tvoria dlhšiu a kratšiu stranu obdĺžnika plochej špirálovej antény 1.

Príklad 5

V tomto príklade podľa obrázkov 9 až 12 má anténna sústava dve solenoidové antény 2, 22 s topológiou Π“

Vertikálna anténa je tvorená plochou špirálovou anténou 1 so 6 - 8 závitmi, ktorá je umiestená na spodnej časti nosiča pre solenoidové antény 2, 22. Vzájomná poloha plochej špirálovej antény 1 a solenoidových antén 2, 22 je taká, že medzi nimi vzniká čiastočná transformátorová väzba so vzájomnou indukčnou väzbou medzi vinutiami v rozmedzí od 0,2 do 0,6.

Anténna sústava je súčasťou SiP komunikačného modulu. Veľkosť modulu závisí na tom, či komunikačný modul obsahuje aj ďalšie pomocné obvody napájania, ktoré by umožnili prenášať maximálny výkon aj pri menšom napájačom napätí ako 5V V takomto prípade je komunikačný modul rozšírený o zvyšujúci konvertor napätia. Ak komunikačný modul obsahuje jeden alebo viac Secure Elementov, má komunikačný modul kontaktné plochy podľa normy ISO7816, aby bolo možné s týmto Secure Elementom kontaktne komunikovať.

Komunikačný modul SiP s anténnou sústavou podľa tohto vynálezu a prípadne aj s ďalšími súčiastkami v rámci modulu sa osadzuje podobne ako SMD (Súriace Mount Devices) súčiastka. K tomu môžu slúžiť tiež ďalšie piny, najmenej ďalšie dva piny, umiestnené po obvode puzdra komunikačného modulu.

Príklad 6

Vtomto príklade je plochá špirálová anténa 1 vytvorená natlačením vodivej cesty na plochu PCB dosky. Solenoidová anténa 2 je vyrobená tak, že na ploche PCB dosky sú vytvorené vodivé prepojovacie pásiky, na ktoré je následne položené jadro a pomocou bondovania sú vodivé prepojovacie pásiky pospájané do slučiek, ktoré tým tvoria náviny solenoidovej antény 2.

Pri bondovanísamôže použiť klasický ohybný vodič alebo ohybný pásik.

S K 50037-2018 Α3

Priemyselná využiteľnosť

Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto vynálezu je možné priemyselne a opakovane zostavovať a používať anténnu sústavu s aspoň dvoma anténami na vysielame a prijímanie signálu, kde prijímacia anténa 5 je elektromagneticky izolovaná od vysielacej antény.

S K 50037-2018 Α3

Zoznam vzťahových značiek

- plochá špirálová anténa (Ll)

- solenoidováanténa (L2)

22 - druhá solenoidováanténa (L22)

- pás

- pozdĺžna os

- priečna os x, y, z - osiortogonálnej sústavy súradníc

NFC - Near field communication

PCB - printed circuit board, doska tlačených spojov

SE - Secure Element

SiP - Systém in Package

SMD - Surface Mount Devices

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos, ktorá zahrňuje jednu plochú špirálovú anténu (1) a aspoň jednu solenoidovú anténu (2) s magnetickým jadrom, kde antény (1, 2) sú umiestnené v rovnakej základnej rovine, alebo vo vzájomne rovnobežných základných rovinách, kde plochá špirálová anténa (1) má vodič špirálovo navinutý na ploche tak, že návin vodiča je ohraničený štyrmi nadväzujúcimi pásmi (3), ktoré tvoria štvoruholníkový tvar slučky, a kde výstup plochej špirálovej antény (1) je určený na pripojenie k prijímaciemu obvodu a výstup solenoidovej antény (2) je určený na pripojenie k vysielaciemu obvodu, vyznačujúca sa tým, že solenoidová anténa (2) je umiestnená voči plochej špirálovej anténe (1) tak, že pozdĺžna os (4) solenoidovej antény (2) je rovnobežná s jednýmzpásov (3) plochej špirálovej antény (1), pôdorys solenoidovej antény (2) sa aspoň čiastočne prekrýva s príslušnýmpásom(3), príslušný pás (3) a pôdorys solenoidovej antény (2) sú symetricky centrované, kde odchýlka priečnej osi (5) a pozdĺžnej osi (4) solenoidovej antény (2) od osí príslušného pásu (3) v pôdorysnom priemete je menšia ako 10 % príslušného rozmeru pásu (3), výhodne menej ako 5 % príslušného rozmeru pásu (3).
2. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC preno s podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že solenoidová anténa (2) je umiestnená v rovine plochej špirálovej antény (1).
3. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že solenoidová anténa (2) je umiestnená na plochej špirálovej anténe (1) alebo pod plochou špirálovou anténou (1).
4. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až

3, vyznačujúca sa tým, že dĺžka solenoidovej antény (2) je menšia ako 110 % dĺžky príslušného pásu (3) a šírka solenoidovej antény (2) je menšia ako 200 % šírky príslušného pásu (3).
5. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až

4, vyznačujúca sa tým, že výsledná hodnota indukcie solenoidovej antény (2) je v rozsahu 0,7 až 2,5 pH a kvalita Q = 18 až 22.
6. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až

5, vyznačujúca sa tým, že plošná špirálová anténa (1) má 2 až 10 závitov, výhodne 4 až 8 závitov a kvalitu Q = 4 až 6.
7. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až

6, vyznačujúca sa tým, že medzi solenoidovou anténou (2) a plochou špirálovou anténu (1) je čiastočnátransformátorová väzba, kde vzájomná indukčná väzba medzi vinutiami je v rozmedzí 0,2 až 0,6.
8. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa nároku 7, vyznačujúca sa tým, že stred solenoidovej antény (2) je voči stredu príslušného pásu (3) posunutý o rozmer zistený meraním skutočných magnetických stredov antén (1, 2).
9. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúca sa tým, že výstup z prijímacej plochej špirálovej antény (1) je pripojený k fázovému modulátoru (5) vysielacej solenoidovej antény (2).
10. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa nároku 9, vyznačujúca sa tým, že plochá špirálová anténa (1) je pripojená k impedančného prispôsobeniu, ku ktorému je pripojený nízkošumový zosilňovač.
11. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až

10, vyznačujúca sa tým, že vysielanie solenoidovej antény (2) je synchronizované so signálom súčasne prijímaným na prijímacej plochej špirálovej anténe (1).
12. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až

11, vyznačujúca sa tým, že zahrňuje dve solenoidové antény (2, 22), kde druhá solenoidová anténa (22) je umiestnená na druhompáse (3), pričompôdorys druhej solenoidovej antény (22) sa aspoň čiastočne prekrýva s druhým pásom (3), druhý pás (3) a pôdorys druhej solenoidovej antény (22) sú symetricky centrované, kde odchýlka priečnej osi (5) a pozdĺžnej osi (4) druhej solenoidovej antény (22) od osí druhého pásu (3) v pôdorysnom priemete je menšia ako 10 % príslušného rozmenr drahého pásu (3), výhodne menej ako 5 % príslušného rozmeru drahého pásu (3).
13. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa nároku 12, vyznačujúca sa tým, že solenoidová anténa (2) a drahá solenoidová anténa (22) sú umiestnené na vzájomne protiľahlých pásoch (3).
14. Anténna sústava s aspoň dvoma anténami, najmä na NFC prenos podľa nároku 12, vyznačujúca sa tým, že solenoidová anténa (2) a drahá solenoidová anténa (22) sú umiestnené na kolmých pásoch (3).